JP6136475B2 - Fuel cell and oxygen concentration measuring device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池セル及びそれを使用した酸素濃度計測装置に関し、特に測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置に関する。 The present invention relates to a fuel battery cell and an oxygen concentration measuring apparatus using the same, and in particular, a fluorescent paint is applied to a measurement target region, and fluorescence is generated by irradiating the fluorescent paint surface with excitation light. The present invention relates to an oxygen concentration measurement apparatus that measures the oxygen concentration distribution in a measurement target region by photographing the image of
近年、地球環境問題が大きくクローズアップされてきている。固体高分子形燃料電池(PEFC)やダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)等の燃料電池は、高いエネルギー変換効率を有する上に、CO2の排出削減に寄与するだけでなく、酸性雨の原因や大気汚染の原因となるNOx、SOx、塵埃等の排出がほとんどないクリーンな電池である。さらに、静粛性も高いという利点がある。そのため、燃料電池は、21世紀に最適なエネルギー変換装置として一部実用化されつつある。特に、燃料電池の中でもPEFCは、作動温度が低くかつ出力密度が高いため、小型化が可能であるという長所を有している。 In recent years, global environmental problems have been greatly highlighted. Fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) and direct methanol fuel cells (DMFC) not only have high energy conversion efficiency, but also contribute to reducing CO 2 emissions, It is a clean battery that emits almost no NOx, SOx, dust, etc. that cause air pollution. Furthermore, there is an advantage that silence is also high. Therefore, some fuel cells are being put into practical use as an energy conversion device that is optimal for the 21st century. In particular, among fuel cells, PEFC has an advantage that it can be downsized because of its low operating temperature and high output density.
図6は、一般的な固体高分子形燃料電池の一例を示す断面図である。
固体高分子形燃料電池Sは、高分子固体電解質膜101を中心として酸素極102と水素極103とで挟んだ構成(膜電極接合体)を有する。高分子固体電解質膜101は、例えば、炭素繊維性の多孔性クロス基材上に、高分子固体電解質を含むスラリーを塗布し、次いで焼成することにより得られたイオン交換膜である。そして、酸素極102の外側は、集電体106に担持されるとともに、水素極103の外側は、集電体107に担持されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a general polymer electrolyte fuel cell.
The polymer electrolyte fuel cell S has a configuration (membrane electrode assembly) sandwiched between an oxygen electrode 102 and a hydrogen electrode 103 with a polymer solid electrolyte membrane 101 as a center. The polymer solid electrolyte membrane 101 is, for example, an ion exchange membrane obtained by applying a slurry containing a polymer solid electrolyte on a carbon fiber porous cloth substrate and then baking the slurry. The outside of the oxygen electrode 102 is carried on the current collector 106, and the outside of the hydrogen electrode 103 is carried on the current collector 107.
酸素極102の外側の周縁部には、枠形状のガスケット104の内側が接触し、さらにガスケット104の外側には、複数の凹部を内側に有する酸素極側セパレータ板108の内側の突出周縁部が接触している。これにより、酸素極側セパレータ板108の内側と酸素極102の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の酸素極室(酸素導入空間)109が形成されている。また、酸素極側セパレータ板108は、内側と外側とを貫通するように酸素極室109に連結する酸素ガス供給口112と、内側と外側とを貫通するように酸素極室109に連結する未反応酸素ガス及び生成水取出口113とを有する。 The outer peripheral edge of the oxygen electrode 102 is in contact with the inner side of the frame-shaped gasket 104, and the outer peripheral edge of the gasket 104 is a protruding peripheral edge on the inner side of the oxygen electrode-side separator plate 108 having a plurality of recesses inside. In contact. Thus, a plurality of oxygen electrode chambers (oxygen introduction spaces) 109 are formed between the inside of the oxygen electrode side separator plate 108 and the outside of the oxygen electrode 102 so as to correspond to the plurality of recesses. The oxygen electrode side separator plate 108 is connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side, and to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side. A reactive oxygen gas and product water outlet 113.
一方、水素極103の外側の周縁部には、枠形状のガスケット105の内側が接触し、さらにガスケット105の外側には、複数の凹部を内側に有する水素極側セパレータ板110の内側の突出周縁部が接触している。これにより、水素極側セパレータ板110の内側と水素極103の外側との間に、複数の凹部に対応するように複数の水素極室(水素導入空間)111が形成されている。また、水素極側セパレータ板110は、内側と外側とを貫通するように水素極室111に連結する水素ガス供給口114と、内側と外側とを貫通するように水素極室111に連結する未反応水素ガス取出口115とを有する。 On the other hand, the outer peripheral edge of the hydrogen electrode 103 is in contact with the inner side of the frame-shaped gasket 105, and the outer peripheral edge of the gasket 105 is a protruding peripheral edge on the inner side of the hydrogen electrode-side separator plate 110 having a plurality of recesses on the inner side. The parts are in contact. Thus, a plurality of hydrogen electrode chambers (hydrogen introduction spaces) 111 are formed between the inside of the hydrogen electrode side separator plate 110 and the outside of the hydrogen electrode 103 so as to correspond to the plurality of recesses. The hydrogen electrode side separator plate 110 has a hydrogen gas supply port 114 connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unconnected portion connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side. And a reactive hydrogen gas outlet 115.
次に、固体高分子形燃料電池Sの動作について説明する。水素が水素ガス供給口114から複数の水素極室111を順番に流通するとともに、酸素が酸素ガス供給口112から複数の酸素極室109を順番に流通すると、水素は水素極103により水素イオンと電子とに分離する。水素極103で発生した水素イオンは、高分子固体電解質膜101を選択的に透過する。そして、透過した水素イオンは、酸素極102で酸素と反応し、水となる。このとき、水素極103で発生した電子は、水素極103から外部負荷(図示せず)を通って酸素極102に向かうように流れる。つまり、外部負荷に電流が流れることになる。 Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell S will be described. When hydrogen flows through the plurality of hydrogen electrode chambers 111 in order from the hydrogen gas supply port 114 and oxygen flows through the plurality of oxygen electrode chambers 109 in turn from the oxygen gas supply port 112, hydrogen is converted into hydrogen ions by the hydrogen electrode 103. Separated into electrons. Hydrogen ions generated at the hydrogen electrode 103 selectively permeate the polymer solid electrolyte membrane 101. The permeated hydrogen ions react with oxygen at the oxygen electrode 102 to become water. At this time, electrons generated at the hydrogen electrode 103 flow from the hydrogen electrode 103 toward the oxygen electrode 102 through an external load (not shown). That is, current flows to the external load.
ところで、固体高分子形燃料電池Sを普及させるには、コストをはじめ、いろいろな技術課題を解決する必要がある。例えば、固体高分子形燃料電池Sは、運転時間の経過とともに電池性能が劣化するため、劣化に伴う電池寿命が重要な課題となっている。このような技術課題を解決するためには、酸素が酸素ガス供給口112から複数の酸素極室109にどのように流通したり、複数の酸素極室109でどのように反応したりするのかを解析する必要がある。 By the way, in order to spread the polymer electrolyte fuel cell S, it is necessary to solve various technical problems including cost. For example, since the polymer performance of the polymer electrolyte fuel cell S deteriorates with the passage of operating time, the battery life associated with the deterioration is an important issue. In order to solve such a technical problem, how oxygen flows from the oxygen gas supply port 112 to the plurality of oxygen electrode chambers 109 and how it reacts in the plurality of oxygen electrode chambers 109 is determined. It is necessary to analyze.
そこで、複数の酸素極室109の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測方法が開示されている。このような酸素濃度計測方法では、酸素極側セパレータ板108を透明な材料(光透過性材料)で光透過部として構成するとともに、酸素極側セパレータ板108の内側にルテニウム錯体塗料(蛍光塗料)をスプレーや刷毛等を用いて塗布した模擬燃料電池セルSを作製している。そして、蛍光塗料面に励起光(波長470nm)を照射することにより蛍光(約600nm)を発生させ、この蛍光強度分布を撮影している。このとき、蛍光塗料面は、励起光により蛍光を発生させるが、酸素濃度が高い箇所では酸素により蛍光が消光される。これにより、撮影した蛍光強度分布に基づいて、複数の酸素極室109の酸素濃度分布を計測することができる。 Therefore, an oxygen concentration measurement method for measuring the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 is disclosed. In such an oxygen concentration measurement method, the oxygen electrode side separator plate 108 is formed of a transparent material (light transmissive material) as a light transmission portion, and a ruthenium complex paint (fluorescent paint) is disposed inside the oxygen electrode side separator plate 108. The simulated fuel battery cell S is prepared by applying a spray using a brush or a brush. Then, the fluorescent paint surface is irradiated with excitation light (wavelength 470 nm) to generate fluorescence (about 600 nm), and this fluorescence intensity distribution is photographed. At this time, the fluorescent paint surface generates fluorescence by excitation light, but the fluorescence is quenched by oxygen at a location where the oxygen concentration is high. Thereby, the oxygen concentration distribution of the plurality of oxygen electrode chambers 109 can be measured based on the photographed fluorescence intensity distribution.
また、ルテニウム錯体塗料等の蛍光塗料は、発生させる蛍光強度が温度によって変化することがわかっているため、温度の影響を除いた酸素濃度分布を得ることができる酸素濃度計測装置も開発されている(例えば、特許文献1参照)。図7は、このような酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。なお、地面に水平な一方向をX方向とし、地面に水平でX方向と垂直な方向をY方向とし、X方向とY方向とに垂直な方向をZ方向とする。
酸素濃度計測装置51は、共用ユニット121と、温度計測用赤外線検出器31を有する温度計測ユニット122と、酸素検出用蛍光検出器36を有する酸素濃度計測ユニット123と、酸素濃度算出ユニット134と、模擬燃料電池セルSが配置される配置部40とを備える。
In addition, fluorescent paints such as ruthenium complex paints have been known to change the intensity of generated fluorescence depending on the temperature. Therefore, oxygen concentration measuring devices that can obtain oxygen concentration distributions without the influence of temperature have been developed. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of such an oxygen concentration measuring apparatus. One direction horizontal to the ground is defined as an X direction, a direction horizontal to the ground and perpendicular to the X direction is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.
The oxygen concentration measuring device 51 includes a shared unit 121, a temperature measuring unit 122 having a temperature measuring infrared detector 31, an oxygen concentration measuring unit 123 having an oxygen detecting fluorescence detector 36, an oxygen concentration calculating unit 134, And an arrangement unit 40 in which the simulated fuel cells S are arranged.
共用ユニット121は、第一のビームスプリッタ124と第二のビームスプリッタ125と光源部10とにより構成される。光源部10は、例えばレーザ光(波長470nm)を出射するレーザ光源(レーザダイオード)である。第一のビームスプリッタ124は、波長5000nm以上の赤外光を透過し、波長5000nm未満のレーザ光や蛍光を反射するものである。また、第二のビームスプリッタ125は、波長500nm未満の蛍光を反射し、波長500nm以上のレーザ光を透過するものである。
このような構成により、光源部10で出射されたレーザ光は、配置部40の測定対象領域に照射されるようになっている。そして、配置部40の測定対象領域で発生した蛍光は、第一のビームスプリッタ124と第二のビームスプリッタ125とで反射されて、酸素検出用蛍光検出器36に導かれ、また、赤外光は、温度計測用赤外線検出器31に導かれるようになっている。
The shared unit 121 includes a first beam splitter 124, a second beam splitter 125, and the light source unit 10. The light source unit 10 is a laser light source (laser diode) that emits laser light (wavelength 470 nm), for example. The first beam splitter 124 transmits infrared light having a wavelength of 5000 nm or more and reflects laser light or fluorescence having a wavelength of less than 5000 nm. The second beam splitter 125 reflects fluorescence having a wavelength of less than 500 nm and transmits laser light having a wavelength of 500 nm or more.
With such a configuration, the laser light emitted from the light source unit 10 is applied to the measurement target region of the arrangement unit 40. Then, the fluorescence generated in the measurement target region of the placement unit 40 is reflected by the first beam splitter 124 and the second beam splitter 125 and guided to the oxygen detection fluorescence detector 36, and infrared light. Is guided to the infrared detector 31 for temperature measurement.
酸素検出用蛍光検出器36は、例えば高速撮影カメラ(撮像装置)である。このような高速撮影カメラは、複数の光検出素子GmnがM行(例えば1000行)とN列(例えば1000列)とに並べられたものであり、各光検出素子Gmnにはそれぞれの位置に応じた強度値(例えば10bit)Imnの蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Gmnの出力信号は、配置部40の測定対象領域の各位置ごとの蛍光の強度値Imnを表すことになる。図4は、N行M列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図である。 The oxygen detection fluorescence detector 36 is, for example, a high-speed camera (imaging device). In such a high-speed photographing camera, a plurality of photodetecting elements Gmn are arranged in M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns), and each photodetecting element Gmn has a respective one. The fluorescence of an intensity value (for example, 10 bits) I mn corresponding to the position is made incident. Therefore, the output signal of each light detection element G mn represents the fluorescence intensity value I mn at each position of the measurement target region of the placement unit 40. FIG. 4 is a diagram showing a fluorescence intensity distribution image made up of pixels of N rows and M columns.
温度計測用赤外線検出器31は、例えば高速撮影カメラ(撮像装置)である。このような高速撮影カメラは、複数の光検出素子GmnがM行(例えば1000行)とN列(例えば1000列)とに並べられたものであり、各光検出素子Gmnにはそれぞれの位置に応じた強度値(例えば10bit)Tmnの赤外光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Gmnの出力信号は、配置部40の測定対象領域の各位置ごとの赤外光の強度値Tmnを表すことになる。 The temperature measurement infrared detector 31 is, for example, a high-speed photographing camera (imaging device). In such a high-speed photographing camera, a plurality of photodetecting elements Gmn are arranged in M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns), and each photodetecting element Gmn has a respective one. Infrared light having an intensity value (for example, 10 bits) T mn corresponding to the position is made incident. Therefore, the output signal of each light detection element G mn represents the infrared light intensity value T mn for each position of the measurement target region of the placement unit 40.
このような酸素検出用蛍光検出器36で撮影された蛍光強度分布画像における各画素Gmnの強度値Imnと、温度計測用赤外線検出器31で撮影された温度分布画像における各画素Gmnの強度値Tmnとは、酸素濃度算出モジュール161に送られる。そして、酸素濃度算出モジュール161は、メモリ等に記憶された温度値Tと蛍光強度値Iと酸素分圧値Dとの関係を示す温度蛍光量補正テーブル62を用いて、温度Tの影響を除去した各画素Gmnの酸素分圧値Dmnをそれぞれ算出し、M行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる補正酸素濃度画像を作成している。なお、図8は、白金ポルフィリンの「発光量の温度依存性」の実験データである。 And intensity values I mn of each pixel G mn in such imaging fluorescence intensity distribution image with an oxygen-detecting fluorescent detector 36, for each pixel G mn in the captured temperature distribution image at a temperature measurement infrared detector 31 The intensity value T mn is sent to the oxygen concentration calculation module 161. Then, the oxygen concentration calculation module 161 removes the influence of the temperature T by using the temperature fluorescence amount correction table 62 indicating the relationship between the temperature value T, the fluorescence intensity value I, and the oxygen partial pressure value D stored in a memory or the like. calculating the value of the partial pressure of oxygen D mn of each pixel G mn which respectively, are creating a corrected oxygen concentration image comprising pixels G mn of M rows (e.g. 1000 lines) N columns (for example, 1000 columns). FIG. 8 shows experimental data of “temperature dependence of light emission amount” of platinum porphyrin.
ところで、酸素濃度計測装置51では、温度計測用赤外線検出器31で撮影される測定領域と、酸素検出用蛍光検出器36で撮影される測定領域とが一致しているとは限らない。よって、正確なM行N列の画素Gmnからなる補正酸素濃度画像を得るためには、温度計測用赤外線検出器31で撮影された温度分布画像の各画素Gmnと、酸素検出用蛍光検出器36で撮影された蛍光強度分布画像の各画素Gmnとを一致させることが必要であり、温度計測用赤外線検出器31と酸素検出用蛍光検出器36とのそれぞれに、XY平面で移動させるためのステージ機構133、138が配設されている。このようなステージ機構133、138を用いて、測定者は、モニタ等に表示された温度分布画像と蛍光強度分布画像とを観察しながら、温度分布画像の各画素Gmnと蛍光強度分布画像の各画素Gmnとを一致させるべく調整を行う必要がある。 By the way, in the oxygen concentration measuring device 51, the measurement area photographed by the temperature measurement infrared detector 31 and the measurement area photographed by the oxygen detection fluorescence detector 36 are not always coincident. Therefore, in order to obtain a corrected oxygen concentration image composed of pixels G mn of M rows and N columns, each pixel G mn of the temperature distribution image photographed by the temperature measurement infrared detector 31 and fluorescence detection for oxygen detection It is necessary to match each pixel Gmn of the fluorescence intensity distribution image photographed by the device 36, and each of the temperature measurement infrared detector 31 and the oxygen detection fluorescence detector 36 is moved in the XY plane. Stage mechanisms 133 and 138 are provided. Using such stage mechanisms 133 and 138, the measurer observes the temperature distribution image and the fluorescence intensity distribution image displayed on the monitor or the like, and each pixel G mn of the temperature distribution image and the fluorescence intensity distribution image. It is necessary to make adjustments so that each pixel Gmn matches.
しかしながら、上述したような酸素濃度計測装置51では、高分解能(M行N列)で温度情報が得られるが、温度計測用赤外線検出器31と酸素検出用蛍光検出器36との合計2台の高速撮影カメラ(撮像装置)が用いられているため、構成部品が増えることになり、装置のコストが高くなるという問題点があった。また、2台の高速撮影カメラを用いているため、温度分布画像の各画素Gmnと蛍光強度分布画像の各画素Gmnとを一致させるべく調整を行う手間がかかるという問題点があった。 However, in the oxygen concentration measuring apparatus 51 as described above, temperature information can be obtained with high resolution (M rows and N columns), but a total of two units of the infrared detector 31 for temperature measurement and the fluorescence detector 36 for oxygen detection are used. Since a high-speed photographing camera (imaging device) is used, the number of components increases, and there is a problem that the cost of the device increases. Moreover, the use of the two high-speed imaging camera, there problem that it takes time to adjust to match the pixels G mn of each pixel G mn and the fluorescence intensity distribution image of the temperature distribution image.
さらに、温度計測用赤外線検出器31で撮影された温度分布画像では、模擬燃料電池セルSの表面の温度情報が得られ、厚みのある模擬燃料電池セルSの酸素極室109内部の温度情報が得られないことがあった。また、鏡面や反射率が低い材料からなる模擬燃料電池セルSでは、正確な温度情報が得られないこともあった。
そこで、本発明は、簡単な構成で、厚みのあるもの等の様々な種類の検査体において、温度の影響を除いた補正酸素濃度分布を正確に取得することができる燃料電池セル及びそれを使用した酸素濃度計測装置を提供することを目的とする。
Further, in the temperature distribution image taken by the temperature measurement infrared detector 31, temperature information on the surface of the simulated fuel cell S is obtained, and the temperature information inside the oxygen electrode chamber 109 of the thick simulated fuel cell S is obtained. Sometimes it was not possible. Further, in the simulated fuel cell S made of a material having a mirror surface or low reflectance, accurate temperature information may not be obtained.
Therefore, the present invention provides a fuel cell capable of accurately obtaining a corrected oxygen concentration distribution excluding the influence of temperature in various types of inspection objects having a simple structure and having a thickness, and the use thereof An object of the present invention is to provide an oxygen concentration measuring apparatus.
上記課題を解決するためになされた本発明の燃料電池セルは、高分子固体電解質膜を中心として酸素極と水素極とで挟んだ構成を有する膜電極接合体と、前記酸素極の外側に固定され、酸素導入空間が形成される酸素極側セパレータ板と、前記水素極の外側に固定され、水素導入空間が形成される水素極側セパレータ板とを備え、前記酸素極側セパレータ板及び/又は前記水素極側セパレータ板に、光透過性材料からなる光透過部が設けられるとともに、前記酸素極側セパレータ板及び/又は前記水素極側セパレータ板に、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された燃料電池セルであって、前記酸素導入空間及び/又は前記水素導入空間の測定対象領域における第一の平面中に複数の温度センサが配置されているとともに、前記測定対象領域における第一の平面と異なる深さとなる第二の平面中に複数の温度センサが配置されているようにしている。 The fuel battery cell of the present invention made to solve the above problems is a membrane electrode assembly having a structure in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between an oxygen electrode and a hydrogen electrode, and is fixed to the outside of the oxygen electrode. An oxygen electrode side separator plate in which an oxygen introduction space is formed, and a hydrogen electrode side separator plate fixed outside the hydrogen electrode and in which a hydrogen introduction space is formed, the oxygen electrode side separator plate and / or The hydrogen electrode side separator plate is provided with a light transmitting portion made of a light transmissive material, and the oxygen electrode side separator plate and / or the hydrogen electrode side separator plate is coated with a fluorescent paint having oxygen quenching properties. a fuel cell, together with the oxygen introduction space and / or a plurality of temperature sensors in a first plane in the measurement target region of the hydrogen introduction space is disposed, the measurement target area The second plurality of temperature sensors in the plane of the first plane and the different depths of the definitive is so disposed.
ここで、「酸素消光性を有する蛍光塗料」としては、例えば、バインダにポリスチレン等の酸素透過性のある高分子材料が用いられ、色素に白金ポルフィリンやルテニウム等の紫外から青色の励起光に反応して発光し、かつ、酸素消光性を有する材料が用いられたもの等が挙げられる。 Here, as the “fluorescent paint having oxygen quenching properties”, for example, a polymer material having oxygen permeability such as polystyrene is used as a binder, and the dye reacts with ultraviolet to blue excitation light such as platinum porphyrin or ruthenium. And the like using a material that emits light and has an oxygen quenching property.
以上のように、本発明の燃料電池セルによれば、燃料電池セルの酸素導入空間や水素導入空間に複数の温度センサが配置されているため、厚みのあるもの等の様々な種類のものにおいても所望の深さ(位置)の温度値を正確に検出することができる。また、温度分布画像の各画素Gmnと蛍光強度分布画像の各画素Gmnとを一致させる調整を行う必要がなくなる。さらに、蛍光を検出する1台のカメラ(撮像装置)を配置すればよいため、コストダウンに寄与する。 As described above, according to the fuel cell of the present invention, since a plurality of temperature sensors are arranged in the oxygen introduction space and the hydrogen introduction space of the fuel cell, in various types such as a thick one. Also, it is possible to accurately detect a temperature value at a desired depth (position). Further, it is not necessary to make an adjustment to match each pixel G mn of the temperature distribution image with each pixel G mn of the fluorescence intensity distribution image. Furthermore, since one camera (imaging device) that detects fluorescence is disposed, it contributes to cost reduction.
(他の課題を解決するための手段及び効果)
また、上記の発明において、前記温度センサは、熱電対又は測温抵抗体であるようにしてもよい。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the temperature sensor may be a thermocouple or a resistance temperature detector.
また、上記の発明において、測定対象領域における第一の平面中に複数の温度センサが配置されているようにしている。
本発明の燃料電池セルによれば、線形補間法や重み付けを加味した方法等が実行されることにより、蛍光強度分布画像に対応した温度分布画像を作成することができる。
Further, in the above invention, a plurality of temperature sensors in a first plane in the measurement target region is so disposed.
According to the fuel battery cell of the present invention, a temperature distribution image corresponding to the fluorescence intensity distribution image can be created by executing a linear interpolation method, a method with weighting, or the like.
また、上記の発明において、測定対象領域における第一の平面と異なる深さとなる第二の平面中に複数の温度センサが配置されているようにしている。
本発明の燃料電池セルによれば、線形補間法や重み付けを加味した方法等が実行されることにより、所望の深さにおける温度分布画像を作成することができる。
Further, in the above invention, the second plurality of temperature sensors in the plane of the first plane different from the depth of the measurement target region is so disposed.
According to the fuel battery cell of the present invention, a temperature distribution image at a desired depth can be created by executing a linear interpolation method, a method with weighting, or the like.
そして、本発明の酸素濃度計測装置は、上述したような燃料電池セルにおける光透過部を介して測定対象領域に、励起光を照射する光源を有する光源部と、前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置であって、前記制御部は、複数の温度センサで検出された温度値に基づいて、前記蛍光強度分布画像における各画素又は前記酸素濃度分布における各位置における温度値を算出し、温度による影響が除去された補正酸素濃度分布を作成するようにしてもよい。 And the oxygen concentration measuring device of the present invention was applied to the measurement target region via the light transmission part in the fuel cell as described above, and the light source unit having a light source that irradiates excitation light, and the measurement target region. Based on the fluorescence intensity distribution image, an oxygen concentration distribution in the measurement target region is obtained based on the imaging unit having an imaging device that acquires fluorescence intensity distribution images of the fluorescent paint surface by detecting fluorescence from the fluorescent paint surface. An oxygen concentration measuring device including a control unit that measures, based on temperature values detected by a plurality of temperature sensors, each pixel in the fluorescence intensity distribution image or each position in the oxygen concentration distribution It is also possible to create a corrected oxygen concentration distribution in which the temperature value is calculated by removing the influence of temperature.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
図1は、本発明に係る酸素濃度計測装置の一例を示す概略構成図である。なお、上述した従来の酸素濃度計測装置51と同様のものについては、同じ符号を付している。
酸素濃度計測装置1は、共用ユニット21と、酸素検出用蛍光検出器36を有する酸素濃度計測ユニット23と、酸素濃度算出ユニット34と、固体高分子形燃料電池セルS’が配置される配置部40とを備える。すなわち、本発明に係る酸素濃度計測装置1は、温度計測ユニット122を備えていない。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an oxygen concentration measuring apparatus according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the conventional oxygen concentration measuring apparatus 51 mentioned above.
The oxygen concentration measuring apparatus 1 includes a shared unit 21, an oxygen concentration measuring unit 23 having an oxygen detection fluorescence detector 36, an oxygen concentration calculating unit 34, and an arrangement portion in which the polymer electrolyte fuel cell S ′ is disposed. 40. That is, the oxygen concentration measuring apparatus 1 according to the present invention does not include the temperature measuring unit 122.
まず、このような酸素濃度計測装置1に使用される固体高分子形燃料電池セルS’について説明する。図2は、本発明に係る固体高分子形燃料電池セルの一例を示す断面図である。なお、上述した固体高分子形燃料電池Sと同様のものについては、同じ符号を付している。
固体高分子形燃料電池セルS’は、図2の左側から、水素極側セパレータ板110と、集電体107及びガスケット105と、酸素極102と、高分子固体電解質膜101と、水素極103と、集電体106及びガスケット104と、酸素極側セパレータ板108とをこの順に備えている。
First, the polymer electrolyte fuel cell S ′ used in the oxygen concentration measuring apparatus 1 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the polymer electrolyte fuel cell S mentioned above.
From the left side of FIG. 2, the polymer electrolyte fuel cell S ′ includes a hydrogen electrode side separator plate 110, a current collector 107 and a gasket 105, an oxygen electrode 102, a polymer solid electrolyte membrane 101, and a hydrogen electrode 103. A current collector 106 and a gasket 104, and an oxygen electrode side separator plate 108 in this order.
水素極側セパレータ板110の内側と水素極103の外側との間には、複数の水素極室111が形成されている。また、水素極側セパレータ板110は、内側と外側とを貫通するように水素極室111に連結する水素ガス供給口114と、内側と外側とを貫通するように水素極室111に連結する未反応水素ガス取出口115とを有する。 A plurality of hydrogen electrode chambers 111 are formed between the inside of the hydrogen electrode side separator plate 110 and the outside of the hydrogen electrode 103. The hydrogen electrode side separator plate 110 has a hydrogen gas supply port 114 connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side, and an unconnected portion connected to the hydrogen electrode chamber 111 so as to penetrate the inner side and the outer side. And a reactive hydrogen gas outlet 115.
酸素極側セパレータ板108の内側と酸素極102の外側との間には、複数の酸素極室109が形成されている。また、酸素極側セパレータ板108は、内側と外側とを貫通するように酸素極室109に連結する酸素ガス供給口112と、内側と外側とを貫通するように酸素極室109に連結する未反応酸素ガス及び生成水取出口113とを有する。 A plurality of oxygen electrode chambers 109 are formed between the inside of the oxygen electrode side separator plate 108 and the outside of the oxygen electrode 102. The oxygen electrode side separator plate 108 is connected to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side, and to the oxygen electrode chamber 109 so as to penetrate the inner side and the outer side. A reactive oxygen gas and product water outlet 113.
そして、酸素極側セパレータ板108外周側壁には、酸素極室109の内部と外部とを水平方向(X方向やY方向)に連通させるように、24個の貫通孔が形成されている。具体的には、Z方向から視ると、第1の貫通孔と第9の貫通孔と第17の貫通孔とは、右上部でX方向に形成されており、第2の貫通孔と第10の貫通孔と第18の貫通孔とは、右中部でX方向に形成されており、第3の貫通孔と第11の貫通孔と第19の貫通孔とは、右下部でX方向に形成されており、第4の貫通孔と第12の貫通孔と第20の貫通孔とは、中央下部でY方向に形成されており、第5の貫通孔と第13の貫通孔と第21の貫通孔とは、左下部でX方向に形成されており、第6の貫通孔と第14の貫通孔と第12の貫通孔とは、左中部でX方向に形成されており、第7の貫通孔と第15の貫通孔と第13の貫通孔とは、左上部でX方向に形成されており、第8の貫通孔と第16の貫通孔と第24の貫通孔とは、中央上部でY方向に形成されている。
また、Y方向から視ると、第1の貫通孔〜第8の貫通孔は、酸素極室109内周面の上面付近に形成されており、第9の貫通孔〜第16の貫通孔は、酸素極室109内部の中心付近に形成されており、第17の貫通孔〜第24の貫通孔は、酸素極室109内周面の下面付近に形成されている。
Then, 24 through holes are formed in the outer peripheral side wall of the oxygen electrode separator plate 108 so as to communicate the inside and the outside of the oxygen electrode chamber 109 in the horizontal direction (X direction or Y direction). Specifically, when viewed from the Z direction, the first through hole, the ninth through hole, and the seventeenth through hole are formed in the X direction at the upper right portion, and the second through hole and the first through hole are formed. The tenth through hole and the eighteenth through hole are formed in the X direction at the right middle portion, and the third through hole, the eleventh through hole, and the nineteenth through hole are formed in the X direction at the lower right portion. The fourth through-hole, the twelfth through-hole, and the twentieth through-hole are formed in the Y direction at the lower center, and the fifth through-hole, the thirteenth through-hole, and the twenty-first through-hole are formed. The through-hole is formed in the X direction at the lower left part, and the sixth through-hole, the fourteenth through-hole, and the twelfth through-hole are formed in the X direction at the left middle part. The through-hole, the fifteenth through-hole, and the thirteenth through-hole are formed in the X direction at the upper left, and the eighth through-hole, the sixteenth through-hole, and the twenty-fourth through-hole are the center. Y at the top It is formed in the direction.
Further, when viewed from the Y direction, the first through eighth through holes are formed near the upper surface of the inner peripheral surface of the oxygen electrode chamber 109, and the ninth through sixteenth through holes are The 17th through 24th through holes are formed in the vicinity of the lower surface of the inner peripheral surface of the oxygen electrode chamber 109.
24個の貫通孔には、熱電対(温度取得機構)116がそれぞれ挿入されている。図3は、固体高分子形燃料電池セルS’における熱電対116の配置位置を説明するための図である。図3に示すように、蛍光強度分布画像の右上部の画素Gmnと右中部の画素Gmnと右下部の画素Gmnと中央下部の画素Gmnと左下部の画素Gmnと左中部の画素Gmnと左上部の画素Gmnと中央上部の画素Gmnとに対応する8か所で3段階の深さの位置における温度値T1〜T24が、検出されるようになっている。そして、検出された温度値T1〜T24は、設定時間間隔Δt1(例えば1秒間隔)で酸素濃度算出ユニット34に送られるようになっている。 Thermocouples (temperature acquisition mechanisms) 116 are inserted into the 24 through holes, respectively. FIG. 3 is a view for explaining the arrangement position of the thermocouple 116 in the polymer electrolyte fuel cell S ′. As shown in FIG. 3, the upper right pixel G mn , the right middle pixel G mn , the lower right pixel G mn , the lower center pixel G mn , the lower left pixel G mn, and the left middle pixel of the fluorescence intensity distribution image temperature value T 1 through T 24 at the position of pixel G mn upper left portion of the pixel G mn and the top center pixel G mn and a depth of 3 stages at eight locations corresponding is adapted to be detected . The detected temperature values T 1 to T 24 are sent to the oxygen concentration calculation unit 34 at a set time interval Δt 1 (for example, every 1 second).
次に、固体高分子形燃料電池セルS’を計測するための酸素濃度計測装置1について詳細に説明する。
共用ユニット21は、ビームスプリッタ25と光源部10とにより構成される。光源部10は、例えばレーザ光(波長470nm)を出射するレーザ光源(レーザダイオード)である。ビームスプリッタ25は、波長500未満の蛍光を透過し、波長500nm以上のレーザ光を反射するものである。これにより、光源部10で出射されたレーザ光は、配置部40の測定対象領域に照射されるようになっている。そして、配置部30の測定対象領域で発生した蛍光は、酸素検出用蛍光検出器36に導かれるようになっている。
Next, the oxygen concentration measuring apparatus 1 for measuring the polymer electrolyte fuel cell S ′ will be described in detail.
The shared unit 21 includes the beam splitter 25 and the light source unit 10. The light source unit 10 is a laser light source (laser diode) that emits laser light (wavelength 470 nm), for example. The beam splitter 25 transmits fluorescence having a wavelength of less than 500 and reflects laser light having a wavelength of 500 nm or more. Thereby, the laser beam emitted from the light source unit 10 is irradiated to the measurement target region of the arrangement unit 40. The fluorescence generated in the measurement target region of the placement unit 30 is guided to the oxygen detection fluorescence detector 36.
酸素検出用蛍光検出器36は、例えば高速撮影カメラ(撮像装置)である。このような高速撮影カメラは、複数の光検出素子GmnがM行(例えば1000行)とN列(例えば1000列)とに並べられたものであり、各光検出素子Gmnにはそれぞれの位置に応じた強度値(例えば10bit)Imnの蛍光が入射するようにしてある。したがって、各光検出素子Gmnの出力信号は、配置部40の測定対象領域の各位置ごとの蛍光の強度値Imnを表すことになる。図4は、N行M列の画素からなる蛍光強度分布画像を示す図である。
そして、入力装置等により測定条件(設定露光時間Δt2(例えば0.5秒間)や設定時間間隔Δt3(例えば0.5秒間隔)等)が入力されると、測定条件に基づいて酸素検出用蛍光検出器36から蛍光強度分布画像が、酸素濃度算出ユニット34に送られるようになっている。
The oxygen detection fluorescence detector 36 is, for example, a high-speed photographing camera (imaging device). In such a high-speed photographing camera, a plurality of photodetecting elements Gmn are arranged in M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns), and each photodetecting element Gmn has a respective one. The fluorescence of an intensity value (for example, 10 bits) I mn corresponding to the position is made incident. Therefore, the output signal of each light detection element G mn represents the fluorescence intensity value I mn at each position of the measurement target region of the placement unit 40. FIG. 4 is a diagram showing a fluorescence intensity distribution image made up of pixels of N rows and M columns.
When a measurement condition (a set exposure time Δt 2 (for example, 0.5 second) or a set time interval Δt 3 (for example, a 0.5 second interval)) is input by an input device or the like, oxygen detection is performed based on the measurement condition. The fluorescence intensity distribution image is sent from the fluorescence detector 36 to the oxygen concentration calculation unit 34.
温度補間モジュール(温度データ補間機構)63は、温度値T1〜T8を用いて線形補間法や重み付けを加味した方法等を実行し、蛍光強度分布画像に対応するM行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる上面温度分布画像を作成したり、温度値T9〜T16を用いて線形補間法や重み付けを加味した方法等を実行し、M行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる内部温度分布画像を作成したり、温度値T17〜T24を用いて線形補間法や重み付けを加味した方法等を実行し、M行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる下面温度分布画像を作成したり、温度値T1〜T24を用いて、3段階の深さの温度値を平均した後、線形補間法や重み付けを加味した方法等を実行し、M行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる平均温度分布画像を作成したりする。そして、上面温度分布画像や内部温度分布画像や下面温度分布画像や平均温度分布画像は、酸素濃度算出モジュール61にリアルタイムで送られるようになっている。 The temperature interpolation module (temperature data interpolation mechanism) 63 executes a method such as linear interpolation or weighting using the temperature values T 1 to T 8 , and M rows (for example, 1000 rows) corresponding to the fluorescence intensity distribution image. An upper surface temperature distribution image composed of N columns (for example, 1000 columns) of pixels G mn is created, or linear interpolation or weighting is used using the temperature values T 9 to T 16 to execute M rows (for example, 1000 rows) An internal temperature distribution image composed of N columns (for example, 1000 columns) of pixels G mn is created, or linear interpolation or weighting is used using temperature values T 17 to T 24. A bottom surface temperature distribution image composed of pixels (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns) G mn is created, or temperature values at three levels are averaged using temperature values T 1 to T 24 . Later, linear interpolation Run a method in which in consideration of the weights, or to create an average temperature distribution image comprising pixels G mn of M rows (e.g. 1000 lines) N columns (for example, 1000 columns). Then, the upper surface temperature distribution image, the internal temperature distribution image, the lower surface temperature distribution image, and the average temperature distribution image are sent to the oxygen concentration calculation module 61 in real time.
酸素濃度算出モジュール61は、メモリ等に記憶された温度値Tと蛍光強度値Iと酸素分圧値Dとの関係を示す温度蛍光量補正テーブル62を用いて、所望の温度値T(例えば燃料電池作動温度80℃)とした各画素Gmnの酸素分圧値Dmnをそれぞれ算出し、メモリ等に記憶された酸素分圧値Dmnをカラーに対応付けたカラーテーブルに基づいて、所望の温度値TにおけるM行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる上面補正酸素濃度画像や内部補正酸素濃度画像や下面補正酸素濃度画像や平均酸素濃度画像を作成する。そして、入力装置等が用いられて表示条件(「内部補正酸素濃度画像の表示」)が入力されると、表示条件に基づいて内部補正酸素濃度画像をモニタ等にリアルタイムで表示する。 The oxygen concentration calculation module 61 uses a temperature fluorescence amount correction table 62 indicating the relationship among the temperature value T, the fluorescence intensity value I, and the oxygen partial pressure value D stored in a memory or the like, and uses a desired temperature value T (for example, fuel). calculating the value of the partial pressure of oxygen D mn of each pixel G mn was a cell operating temperature of 80 ° C.), respectively, on the basis of the color table that associates an oxygen partial pressure D mn stored in a memory or the like in color, desired An upper surface correction oxygen concentration image, an internal correction oxygen concentration image, a lower surface correction oxygen concentration image, and an average oxygen concentration image composed of pixels Gmn of M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns) at the temperature value T are created. When a display condition (“display of internal correction oxygen concentration image”) is input using an input device or the like, the internal correction oxygen concentration image is displayed on a monitor or the like in real time based on the display condition.
ここで、本発明に係る酸素濃度計測装置1の使用方法について説明する。図5は、固体高分子形燃料電池セルS’を計測する計測方法について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS101の処理において、測定者は、固体高分子形燃料電池セルS’を配置部40に配置して、固体高分子形燃料電池セルS’を作動させる。
次に、ステップS102の処理において、測定者は、入力装置等を用いて測定条件(設定露光時間Δt2(例えば0.5秒間)や設定時間間隔Δt3(例えば0.5秒間隔)等)や表示条件(「内部補正酸素濃度画像の表示」)を入力する。
Here, the usage method of the oxygen concentration measuring apparatus 1 which concerns on this invention is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart for explaining a measurement method for measuring the polymer electrolyte fuel cell S ′.
First, in the process of step S101, the measurer places the polymer electrolyte fuel cell S ′ on the arrangement unit 40 and operates the polymer electrolyte fuel cell S ′.
Next, in the process of step S102, the measurer uses the input device or the like to measure the measurement conditions (set exposure time Δt 2 (eg, 0.5 seconds), set time interval Δt 3 (eg, 0.5 seconds interval), etc.). And display conditions ("display of internal corrected oxygen concentration image").
次に、ステップS103の処理において、時間tnを時間tn+1に更新する。
次に、ステップS104の処理において、酸素濃度算出モジュール61は、酸素検出用蛍光検出器36から時間tnの蛍光強度分布画像を取得する。
Next, in the process of step S103, and updates the time t n to the time t n + 1.
Next, in the process of step S104, the oxygen concentration calculation module 61 acquires a fluorescence intensity distribution image at time t n from the oxygen detector fluorescence detector 36.
一方、ステップS105の処理において、温度補間モジュール63は、24個の熱電対116から時間tnの温度値T1〜T24を取得する。
次に、ステップS106の処理において、温度補間モジュール63は、温度値T9〜T16を用いて時間tnのM行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる内部温度分布画像を作成する。
On the other hand, in the process of step S105, the temperature interpolation module 63 acquires the temperature values T 1 to T 24 at time t n from the 24 thermocouples 116.
Next, the internal in the process of step S106, the temperature interpolation module 63 is composed of a pixel G mn temperature value T 9 through T 16 M rows times t n using (e.g. 1000 lines) N columns (for example, 1000 columns) Create a temperature distribution image.
次に、ステップS107の処理において、酸素濃度算出モジュール61は、時間tnの蛍光強度分布画像と、時間tnの内部温度分布画像と、温度蛍光量補正テーブル62とを用いて、所望の温度値T(例えば燃料電池作動温度80℃)とした各画素Gmnの酸素分圧値Dmnをそれぞれ算出する。
次に、ステップS108の処理において、酸素濃度算出モジュール61は、カラーテーブルに基づいて、所望の温度値TにおけるM行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる内部補正酸素濃度画像を作成して表示する。
Next, in the process of step S107, the oxygen concentration calculating module 61 uses a fluorescence intensity distribution image of time t n, and the internal temperature distribution image of time t n, and a temperature fluorescence amount correction table 62, the desired temperature An oxygen partial pressure value D mn of each pixel G mn with a value T (for example, fuel cell operating temperature 80 ° C.) is calculated.
Next, in the process of step S108, the oxygen concentration calculation module 61 performs internal correction including M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns) of pixels Gmn at a desired temperature value T based on the color table. Create and display an oxygen concentration image.
次に、ステップS109の処理において、測定者は測定を終了するか否かを判断する。測定を続けると判定したときには、ステップS103の処理に戻る。つまり、ステップS104〜S108の処理は繰り返される。
一方、測定を終了すると判定したときには、本フローチャートを終了させる。
Next, in the process of step S109, the measurer determines whether or not to end the measurement. When it is determined that the measurement is continued, the process returns to step S103. That is, the processes in steps S104 to S108 are repeated.
On the other hand, when it is determined that the measurement is finished, this flowchart is finished.
以上のように、酸素濃度計測装置1によれば、固体高分子形燃料電池セルS’の酸素極室109の内部に24個の熱電対116が配置されているため、温度値T1〜T24を正確に検出することができる。そして、酸素極室109の内部における第一の平面中に8個の熱電対116が配置され、酸素極室109の内部における第二の平面中に8個の熱電対116が配置され、酸素極室109の内部における第三の平面中に8個の熱電対116が配置されているので、蛍光強度分布画像に対応した3段階の深さにおける温度分布画像を作成することができる。その結果、所望の深さで所望の温度値T(例えば燃料電池作動温度80℃)におけるM行(例えば1000行)N列(例えば1000列)の画素Gmnからなる内部補正酸素濃度画像を評価することができる。 As described above, according to the oxygen concentration measuring apparatus 1, since the twenty-four thermocouples 116 are arranged inside the oxygen electrode chamber 109 of the polymer electrolyte fuel cell S ′, the temperature values T 1 to T 24 can be accurately detected. Then, eight thermocouples 116 are arranged in the first plane inside the oxygen electrode chamber 109, and eight thermocouples 116 are arranged in the second plane inside the oxygen electrode chamber 109, and the oxygen electrode Since eight thermocouples 116 are arranged in the third plane inside the chamber 109, a temperature distribution image at three levels corresponding to the fluorescence intensity distribution image can be created. As a result, an internally corrected oxygen concentration image composed of M rows (for example, 1000 rows) and N columns (for example, 1000 columns) pixels G mn at a desired temperature value T (for example, fuel cell operating temperature 80 ° C.) at a desired depth is evaluated. can do.
<他の実施形態>
(1)上述した酸素濃度計測装置1において、蛍光強度分布画像における8か所で3段階の深さの位置における温度値T1〜T24が検出される構成としたが、蛍光強度分布画像における10か所等の任意の数で、2段階等の任意の数の深さの位置における温度値が検出されるように構成してもよい。また、酸素極室109の温度値T1〜T24が検出される構成としたが、水素極室の温度値が検出されるように構成してもよい。
<Other embodiments>
(1) In the oxygen concentration measuring apparatus 1 described above, the temperature values T 1 to T 24 at three positions of depth are detected at eight locations in the fluorescence intensity distribution image. You may comprise so that the temperature value in the position of arbitrary numbers of depths, such as two steps, may be detected by arbitrary numbers, such as ten places. In addition, although the temperature values T 1 to T 24 of the oxygen electrode chamber 109 are detected, the temperature value of the hydrogen electrode chamber may be detected.
(2)上述した酸素濃度計測装置1において、内部補正酸素濃度画像を作成して表示する構成としたが、内部補正酸素濃度画像と上面補正酸素濃度画像と下面補正酸素濃度画像と平均補正酸素濃度画像とを作成して表示するように構成してもよい。 (2) In the above-described oxygen concentration measuring apparatus 1, the internal correction oxygen concentration image is created and displayed. However, the internal correction oxygen concentration image, the upper surface correction oxygen concentration image, the lower surface correction oxygen concentration image, and the average correction oxygen concentration are used. An image may be created and displayed.
本発明は、測定対象領域に蛍光塗料を塗布し、この蛍光塗料面に励起光を照射することにより蛍光を発生させ、この蛍光強度分布を撮影することにより、測定対象領域の酸素濃度分布を計測する酸素濃度計測装置等に利用することができる。 The present invention measures the oxygen concentration distribution in the measurement target area by applying fluorescent paint to the measurement target area, generating fluorescence by irradiating the fluorescent paint surface with excitation light, and photographing the fluorescence intensity distribution. It can be used for an oxygen concentration measuring device.
1 酸素濃度計測装置
101 高分子固体電解質膜
102 酸素極
103 水素極
108 酸素極側セパレータ板
109 酸素室(酸素導入空間)
110 水素極側セパレータ板
111 水素室(水素導入空間)
116 熱電対(温度センサ)
S’ 燃料電池セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen concentration measuring apparatus 101 Polymer solid electrolyte membrane 102 Oxygen electrode 103 Hydrogen electrode 108 Oxygen electrode side separator plate 109 Oxygen chamber (oxygen introduction space)
110 Hydrogen electrode side separator plate 111 Hydrogen chamber (hydrogen introduction space)
116 Thermocouple (Temperature sensor)
S 'Fuel cell
Claims (3)
前記酸素極の外側に固定され、酸素導入空間が形成される酸素極側セパレータ板と、
前記水素極の外側に固定され、水素導入空間が形成される水素極側セパレータ板とを備え、
前記酸素極側セパレータ板及び/又は前記水素極側セパレータ板に、光透過性材料からなる光透過部が設けられるとともに、前記酸素極側セパレータ板及び/又は前記水素極側セパレータ板に、酸素消光性を有する蛍光塗料が塗布された燃料電池セルであって、
前記酸素導入空間及び/又は前記水素導入空間の測定対象領域における第一の平面中に複数の温度センサが配置されているとともに、前記測定対象領域における第一の平面と異なる深さとなる第二の平面中に複数の温度センサが配置されていることを特徴とする燃料電池セル。 A membrane electrode assembly having a configuration in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between an oxygen electrode and a hydrogen electrode,
An oxygen electrode-side separator plate fixed outside the oxygen electrode and forming an oxygen introduction space;
A hydrogen electrode-side separator plate fixed to the outside of the hydrogen electrode and forming a hydrogen introduction space;
The oxygen electrode side separator plate and / or the hydrogen electrode side separator plate is provided with a light transmission part made of a light transmissive material, and the oxygen electrode side separator plate and / or the hydrogen electrode side separator plate is provided with an oxygen quenching. A fuel cell to which a fluorescent paint having a property is applied,
A plurality of temperature sensors are arranged in a first plane in the measurement target region of the oxygen introduction space and / or the hydrogen introduction space , and a second depth is different from that of the first plane in the measurement target region. A fuel cell comprising a plurality of temperature sensors arranged in a plane .
前記測定対象領域に塗布された蛍光塗料面からの蛍光を検出することで、当該蛍光塗料面の蛍光強度分布画像を取得する撮像装置を有する撮像部と、
前記蛍光強度分布画像に基づいて、前記測定対象領域の酸素濃度分布を計測する制御部とを備える酸素濃度計測装置であって、
前記制御部は、複数の温度センサで検出された温度値に基づいて、前記蛍光強度分布画像における各画素又は前記酸素濃度分布における各位置における温度値を算出し、温度による影響が除去された補正酸素濃度分布を作成することを特徴とする酸素濃度計測装置。 A light source unit having a light source that irradiates the measurement target region with excitation light through the light transmission unit in the fuel cell according to claim 1 ;
An imaging unit having an imaging device for acquiring a fluorescence intensity distribution image of the fluorescent paint surface by detecting fluorescence from the fluorescent paint surface applied to the measurement target region;
An oxygen concentration measurement device comprising a control unit for measuring an oxygen concentration distribution of the measurement target region based on the fluorescence intensity distribution image,
The control unit calculates a temperature value at each pixel in the fluorescence intensity distribution image or at each position in the oxygen concentration distribution based on temperature values detected by a plurality of temperature sensors, and correction in which the influence due to temperature is removed An oxygen concentration measurement device that creates an oxygen concentration distribution.
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